Линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда для ориентации космических аппаратов по Солнцу тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Алымов, Олег Витальевич

• Алымов, Олег Витальевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Алымов, Олег Витальевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Системы ориентации космических объектов в пространстве

1.1. Приборы ориентации по Земле

1.2. Звездные приборы ориентации

1.3. Приборы ориентации по Солнцу

1.4. Сравнительная оценка систем ориентации космических аппаратов

1.5. Линейные фотоприемники с переносом заряда

Общие выводы и постановка задачи исследования

2. Конструирование линейных ФППЗ для ориентации космических аппаратов по Солнцу

2.1. Постановка задачи

2.2. Архитектура ЛФППЗ для ориентации КА по Солнцу

2.3. Исследование влияния конструкции ЛФППЗ на точность измерения угловых координат

2.4. Исследование и разработка способов, обеспечивающих

работу ЛФППЗ при экстремальной освещенности

2.5. Повышение эффективности передачи зарядовых пакетов и преобразования их в выходной сигнал

2.6. Радиационная стойкость разработанных ЛФППЗ

Выводы

3. Разработка технологии ЛФППЗ для ориентации КА по Солнцу

3.1. Постановка задачи

3.2. Приборно-технологическое моделирование фоточувствительной секции ЛФППЗ

3.2.1. Моделирование обедненного фотодиода

3.2.2. Моделирование секции накопления и антиблуминга

3.2.3. Моделирование передачи зарядового пакета в сдвиговый

регистр

3.3. Технология изготовления кристаллов ЛФППЗ

3.3.1 Формирование каналов переноса заряда

3.3.2. Формирование радиационностойкого диэлектрика и электродов переноса заряда

3.3.3. Формирование выходного узла и стока антиблуминга

3.3.4. Формирование фоточувствительного элемента и металлизация

3.3.5. Измерение электрических параметров. Корпусирование

3.4. Параметры и области применения разработанных ЛФППЗ

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда для ориентации космических аппаратов по Солнцу»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Приборы с переносом заряда были изобретены в 1969 г. В. Бойлем и Дж. Смитом и тем самым было положено начало развитию нового научно-технического направления в области твердотельной фотоэлектроники. За свои работы в этой области В. Бойль и Дж. Смит в 2009 г. были удостоены Нобелевской премии по физике за изобретение оптических полупроводниковых сенсоров, как это сформулировано Нобелевским комитетом.

Приборы с переносом заряда (ППЗ) или, как их часто называют, приборы с зарядовой связью (ПЗС) наибольшее применение нашли для преобразования излучения в электрический сигнал. ППЗ фактически заменили собою вакуумные фотоэлектрические приборы в телевидении, фотоаппаратуре и специальных областях применения. Это стало возможно благодаря уникальным параметрам и свойствам ППЗ, такими как: малые геометрические размеры, простота управления и низкие управляющие напряжения, жесткий геометрический растр и ударопрочность, нечувствительность к магнитным полям и др.

Большой вклад в развитие физики и технологии фотоприборов с переносом заряда, создание новых конструкций этих приборов внесли российские ученые и инженеры: Сурис P.A., Федотов Я.А., Пресс Ф.П., Носов Ю.Р., Шилин В.А., Кузнецов Ю.А., Крымко М.М., Вето A.B., Костюков Е.В., Степанов P.M., Арутюнов В.А., Вишневский Г.И. и др.

Приборы с переносом заряда также применяются в космической технике в качестве датчиков систем ориентации космических аппаратов (КА) по Солнцу. Освоение электронной промышленностью производства линейных фотоприемников с переносом заряда (ЛФППЗ) позволило создать базу для разработки статических приборов ориентации по Солнцу без механически перемещающихся элементов. Однако практика использования

ЛФППЗ общего применения показала, что для систем ориентации КА по Солнцу необходимо использовать приборы, специально разработанные для этой цели, обладающие большой радиационной стойкостью, способные работать при изменении освещенности в широких пределах, имеющие повышенную геометрическую стабильность и большой срок службы. Поэтому проблема разработки прогрессивных конструкций и технологии производства ЛФППЗ для систем ориентации КА по Солнцу является актуальной и имеет большое практическое значение. Актуальность данной проблемы подтверждается и на государственном уровне. В частности, разработана и принята Федеральная целевая программа «Развитие оборонно-промышленного комплекса на период 2011-2020 г.г. », в которой в разделе №5 «Разработка комбинированных устройств электроники» обращается внимание на создание ЛФППЗ специального назначения Цель работы

Целью диссертационной работы является исследование и разработка научно обоснованных конструкторских и технологических решений, направленных на создание линейных фотоприемников с переносом заряда для ориентации космических аппаратов в пространстве по Солнцу.

В соответствии с поставленной целью основными направлениями работы являлись:

- разработка архитектуры ЛФППЗ, реализующей высокую надежность, радиационную стойкость и способность работать при освещенности до 180000 лк;

- исследование способов предотвращения растекания электронного пакета и разработка оптимальной конструкции антиблуминга;

- разработка системы переноса с большой зарядовой емкостью и высокой эффективностью переноса;

- исследование влияния параметров ЛФППЗ на точность измерения угловой координаты;

- разработка технологии производства радиационностойких, с высокой эффективностью переноса ЛФППЗ;

- организация производства ЛФППЗ, предназначенных для применения в системах ориентации КА в пространстве по Солнцу.

Методы исследования и использованная аппаратура

При решении поставленных задач применялись следующая аппаратура и основные методы исследований:

- анализ и обобщение литературных данных расчета и конструирования, а также технологии производства линейных фотоэлектрических приборов с переносом заряда;

- методы математического анализа;

- приборы для спектральных исследований;

- комплекс оборудования для измерения фотоэлектрических параметров ЛФППЗ;

- импульсные приборы и осциллографическая техника для визуализации быстропротекающих процессов;

комплекс технологического оборудования, предназначенного для изготовления ЛФППЗ;

- средства вычислительной техники для обработки экспериментальных результатов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Разработанные ЛФППЗ, предназначенные для ориентации космических аппаратов по Солнцу, имеют погрешность измерения угловой координаты менее 10-^15 угл. сек в диапазоне углов ±80°, вызванную неодинаковой чувствительностью отдельных элементов, разбросом их размеров, а также углом падения светового луча на фоточувствительною поверхность.

2. Созданные линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда при работе антиблуминга в режиме электронного экспонирования со

временем накопления заряда порядка 50 мкс в сочетании с нейтральным фильтром с коэффициентом пропускания 0,03 обеспечивают измерение угловой координаты при освещенности до 180000 лк.

3. Двухслойный подзатворный диэлектрик, выращенный методом пирогенного окисления и состоящий из слоя Si02 толщиной 10-15 нм и слоя Si3N4 толщиной 150-160 нм, имеет радиационную стойкость в 2-2,1 раза большую по сравнению с ранее используемым диэлектриком (Si02 - 65 нм, Si3N4 - 75 нм).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Осуществлен анализ влияния угла падения светового луча, неодинаковой чувствительности и разброса размеров фоточувствительных элементов ЛФППЗ на точность измерения угловой координаты.

2. Показано, что применение антиблуминга в режиме электронного экспонирования в сочетании с нейтральным фильтром обеспечивает работу ЛФППЗ в системе ориентации КА по Солнцу при освещенности до 180000 лк.

3. Разработана последовательность и режимы технологических операций, позволяющие обеспечить радиационную стойкость созданного ЛФППЗ до 106 рад.

4. С использованием пакета прикладных программ TAURUS WORKBENCH, осуществлено моделирование наиболее важных узлов ЛФППЗ: обедненные фотодиоды, секция накопления, секция антиблуминга, узел передачи заряда из секции накопления в сдвиговой регистр. В процессе моделирования определялись распределение легирующих примесей по глубине кристалла, распределение потенциального рельефа отдельных элементов структуры, уровни управляющих напряжений.

5. Разработаны конструкция и технология изготовления ЛФППЗ для систем ориентации космических аппаратов по Солнцу с высокой надежностью, радиационной стойкостью и способных работать при изменении освещенности в широких пределах.

6. Разработана конструкция «обедненного» фотодиода, область р4^ которого подключена к подложке, что обеспечивает стабильность апертурных, спектральных и темновых характеристик ЛФППЗ.

Практическая значимость диссертационной работы

1. Разработана архитектура линейных фоточувствительных приборов с переносом заряда, предназначенных для ориентации космических аппаратов по Солнцу.

2. Предложена и внедрена в производство технология изготовления ЛФППЗ, которая позволяет повысить радиационную стойкость приборов, обеспечить большой срок службы, свыше 100000 ч, снизить неэффективность переноса и увеличить точность измерения угловой координаты.

3. Разработано и освоено в опытном производстве несколько типов ЛФППЗ для ориентации КА по Солнцу: ФППЗ-8Л, ФППЗ-ЗОЛ, ФППЗ-32Л.

4. С использованием разработанных ЛФППЗ созданы системы ориентации КА по Солнцу, которые применяются в аппаратах «Ямал», «Канопус», «Электро» и др.

Практическая новизна предложенных конструкторско-технологических решений отмечена на государственном уровне выдачей авторского свидетельства и патента на полезную модель. Апробация работы

Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались

на:

• 8-ой НТК «Системы наблюдения и дистанционного зондирования Земли». Москва, 2011;

• 8-ой МНТК «Телевидение: передача и обработка изображений». СПб, 2011;

• 21-ой МНТК «Фотоэлектроника и приборы ночного видения». Москва, 2010;

• 9-ой НТК «Твердотельная электроника и сложные функциональные блоки РЭА». Зеленоград, 2010;

• 7-ой НТК «Системы наблюдения и дистанционного зондирования Земли». Москва, 2010;

• 10-ой МНТК «Современное телевидение и радиоэлектроника». Москва, 2012.

Реализация и внедрение результатов исследований

Внедрение результатов исследований диссертационной работы осуществлялось по нескольким направлениям.

На основе разработанных и освоенных в опытном производстве линейных фоточувствительных приборов с переносом заряда типа 8Л был создан прибор для угловых измерений, коз^рьш-^римещяшх^В-Сиетемах ^томных подводных лодок-новош-доколен-ия. С использованием ЛФППЗ-ЗОЛ разработаны оптико-электронные приборы ориентации по Солнцу статического типа 201М и 202М, которые применяются в космических аппаратах системы ГЛОНАСС. Прибор обеспечивает выдачу информации о положении КА относительно Солнца при одновременном попадании в поле

5 2

обзора излучения Земли, Луны, звезд яркостью до 10' кд/м . По программе «Создание оптико-электронных приборов ориентации и навигации нового поколения для перспективных космических аппаратов» разработан прибор ориентации по Солнцу типа 338К, в котором используется ЛФППЗ-32Л. Прибор 338К предназначен для работы в составе систем ориентации КА типа «Электро», «Канопус», «Спектр», «Экспресс».

—Р*

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, из них 4 статьи в научно-технических журналах, в том числе три публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, сделано 13 докладов на Международных и Российских научно-технических конференциях, получены авторское свидетельство на изобретение и патент на полезную модель. Личный вклад автора заключается в определении цели и разработке методов исследований, проведении расчетов и моделировании процессов, протекающих в ЛФППЗ, необходимых для конструирования и разработки технологии приборов, проведении экспериментальных исследований, анализе и обобщении полученных результатов, а также участие в организации производства линейных фоточувствительных приборов с переносом заряда, предназначенных для ориентации космических аппаратов по Солнцу.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Она содержит 154 страницы машинописного текста, включает 55 рисунков и 8 таблиц. Список литературы насчитывает 91 наименование.

1. СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В

ПРОСТРАНСТВЕ

Впечатляющие успехи, достигнутые космической техникой, в значительной степени связаны с непрерывным совершенствованием систем управления движением космических аппаратов (КА). Проблема управления полетом КА прежде всего заключается в получении точной информации о положении его в пространстве [1, 2, 3].

Из анализа отечественной и зарубежной литературы следует, что на большинстве отечественных и зарубежных КА для трехосной ориентации в орбитальной системе координат (опорной системе координат) используют информацию об угловом отклонении от нее системы координат, жестко связанной с КА.

Обычно оси связанной системы координат располагаются так, что две из них лежат в плоскости траектории КА, причем ось ОХ направлена вперед по касательной к траектории, а ось ОУ расположена в плоскости симметрии аппарата, совпадающей с плоскостью траектории, и направлена вверх по нормали, третья ось ОЪ дополняет систему координат до правой. Эти оси соответственно называют: первую ось ОХ - ось крена, вторую ось ОУ - ось рыскания и третью ось № - ось тангажа [4].

Выбор опорной системы координат во многом зависит от назначения космического объекта и выполняемых им задач, от характера траектории, от выбранного принципа действия системы ориентации и стабилизации, от возможности упрощения ее уравнений движения и уменьшения влияния внешних возмущающих моментов и от других факторов [5].

В качестве датчиков первичной информации о взаимном положении системы координат, жестко связанной с КА, и опорной системы координат используются опто-электронные приборы (астроприборы), определяющие угловое положение аппарата относительно астрономических источников излучения: звезд, Солнца, Земли. Эти приборы на современных КА могут

обеспечивать в составе системы управления решение четырех основных задач: астроориентации, астрокоррекции, астронавигации и определения положения (индикации) осей КА [6].

1.1. Приборы ориентации по Земле

Поскольку Земля как тип астроориентира может выступать двояко в зависимости от диапазона длин волн используемого излучения, земные приборы подразделяются на приборы видимого диапазона и приборы инфракрасного (ПК) диапазона. В видимом диапазоне Земля представляется либо в виде светлого круглого диска, либо серпа, либо вообще не видна в зависимости от угла Солнце - КА - центр Земли. Это создает определенные ограничения в получении информации с прибора, работающего по Земле в видимом диапазоне.

В ИК-диапазоне Земля представляет собой круглый излучающий диск вне зависимости от каких-либо условий, поэтому земные приборы ИК-диапазона свободны от ограничений в возможности получения с них информации, благодаря чему они находят гораздо более широкое применение, чем земные приборы видимого диапазона. В видимом диапазоне работают звездные и солнечные приборы.

Излучение Земли, наблюдаемое из космоса, в той части ИК-диапазона, которая используется в приборах ориентации (длина волны излучения X > 7 мкм), представляет собой практически полностью собственное излучение атмосферы и поверхности Земли. Влияние отраженного солнечного излучения в этом диапазоне пренебрежимо мало, так как оно сосредоточено в диапазоне длин волн менее 3 мкм [6]. При этом имеет место сложная композиция излучений различных природных образований - поверхности самой Земли (почвы, воды, снега), верхней поверхности облаков, различных слоев атмосферы. Поверхность облаков излучает как черное тело с температурой облаков, поверхность Земли в

спектральных окнах прозрачности атмосферы - как черное тело с температурой поверхности Земли.

Благодаря тому, что температурные условия на различных высотах и характер облачности постоянно изменяются как на поверхности Земли, так и во времени, энергетическая яркость наблюдаемых из космоса участков Земли представляет собой случайную функцию координат и времени. Эта яркость может меняться в несколько раз в зависимости от положения точки на поверхности Земли, времени и длины волны используемого излучения.

Средняя спектральная светимость Земли в диапазоне длин волн X = =7-^26 мкм на широтах от -65° до +65° составляет 2.06 мВт/(см -мкм), однако она сильно изменяется в зависимости от длины волны [6]. Наименьшие флуктуации излучения наблюдаются в диапазоне 14-н16 мкм - в полосе поглощения углекислого газа. Это связано с тем, что в верхней атмосфере на высоте около 40 км слой углекислого газа мало подвержен изменениям и поглощает излучение нижележащих слоев. Поэтому для наиболее точных приборов ориентации в качестве рабочего диапазона выбирается полоса 14-И 6 мкм.

Приборы ориентации по Земле (ПОЗ) видимого диапазона не получили широкого распространения ввиду их серьезного недостатка -ограничения по времени работы из-за изменения для наблюдателя условий освещения Земли Солнцем вплоть до полного отсутствия такого освещения. Особенно это ограничение сказывается на низких орбитах, где доля нерабочего времени доходит до половины. Для высоких орбит эта доля меньше (для геостационарной орбиты - около 10%), тем не менее, это ограничение вынуждает предусматривать на КА дополнительные резервные средства ориентации. Поэтому использование земных приборов ориентации видимого диапазона оказывается оправданным лишь в отдельных специальных случаях и в основном на высоких орбитах.

Приборы ориентации по Земле строятся на основе одноэлементных приемников ИК-излучения и системы оптико-механического сканирования. В качестве приемников излучения используются пироэлектрические приемники, болометры и полупроводниковые приборы.

ПОЗ по функциональному назначению, возможностям и особенностям применения делятся на три типа [7]:

1. Датчики наличия Земли (ДНЗ).

2. Построители местной вертикали (ПМВ).

3. Измерители угла отклонения.

Датчики наличия Земли определяют присутствие Земли в одном из двух угловых полей, неподвижно расположенных относительно КА и развернутых одно относительно другого на 180°. В этих приборах отсутствуют сканирующие устройства, а модулятор выполняет модулирование падающего на приемник излучения [8].

Излучение Земли, находящееся в одном из угловых полей (рабочем или опорном), отразившись от зеркала прибора, попадает в объектив, а затем через модулирующую шторку и фильтр - на пироэлектрический приемник излучения. Фаза модуляции оптического сигнала по отношению к опорному сигналу генератора разная и зависит от того, через какое угловое поле излучение попало в прибор. В составе блока усилителя имеется фазочувствительный детектор, поэтому напряжение на его выходе будет иметь различную полярность в зависимости от фазы модулированного сигнала. В результате на выходе прибора сигнал наличия Земли имеет положительную полярность, если Земля находится в рабочем поле, и отрицательную, если Земля находится в опорном поле.

Приборы, устанавливающие наличие Земли, имеют следующие параметры: диаметр угловых полей (рабочего и опорного - 2°50/; рабочий диапазон длин волн- 7^-20 мкм; напряжение сигнала наличия Земли 2-н7 В; масса не более 2,5 кг; ресурс 30000 ч [7].

Построители местной вертикали определяют отклонение оси прибора от направления на центр Земли в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в пределах небольшой зоны углов отклонения. В таких приборах реализуется принцип так называемого кругового сканирования. Принцип кругового сканирования состоит в том, что угловое поле прибора сканирует по окружности, угловой радиус которой совпадает с угловым радиусом Земли, а сигнал приемного устройства детектируется двумя фазочувствительными детекторами. Эти детекторы формируют сигналы, определяющие отклонение оси визирования прибора от вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Когда ось визирования совпадает с направлением на центр Земли, на выходе приемного устройства прибора модуляция сигнала с частотой сканирования отсутствует. Когда ось визирования отклонена на некоторый угол р от центра Земли, сигнал приемника модулируется с частотой сканирования, причем амплитуда этой модуляции тем больше, чем больше угол отклонения, а фаза указывает направление отклонения.

Приборы построения местной вертикали имеют такие параметры: погрешность определения направления на центр Земли - не более 14'; крутизна управляющих сигналов по каналам крена и тангажа - 0,4 В/град; мгновенное угловое поле - 3°; высота КА - 150^-500 км; масса прибора -7 кг [7].

Измерители угла отклонения определяют угол отклонения оси прибора, расположенного на КА, от направления на центр Земли в широком диапазоне - до десятков градусов. В этих приборах реализуется принцип так называемого секущего сканирования. Этот принцип заключается в том, что в приборе организуется сканирование угловым полем по траектории, пересекающей наблюдаемый диск Земли. С помощью фильтров вырезается инфракрасный диапазон излучения Земли, которое преобразуется в электрический сигнал инфракрасным приемником излучения. Если угол отклонения оси прибора совпадает с направлением

на центр Земли, то получаемый в результате сканирования импульс будет симметричным, а если нет, то он оказывается сдвинутым относительно центра отсчета. Этот сдвиг и определяет величину угла отклонения.

Основные характеристики измерителей угла отклонения: диапазон высот полета - 12000-^40000 км; пределы измерения угла отклонения ±1°; погрешность измерения - 3,6'±15'; масса не более 6 кг.

В 1990-х годах электронной промышленностью был освоен выпуск неохлаждаемых приемников ИК-диапазона на основе микроболометрических матриц (МБМ) [8]. Удельная чувствительность каждого канала у МБМ не уступает лучшим образцам существующих одноэлементных приемников.

В отличие от одноэлементных приемников, которые для обзора пространства и формирования соответствующего информационного массива требуют организации оптико-механического сканирования, МБМ приемники сами формируют такой информационный массив большого объема в собственных пикселях и организуют его электронное считывание.

Важным преимуществом МБМ приемника является реализация в нем эффекта накопления падающего ИК-излучения. При тепловой постоянной времени от 5 до 10 мс тепловая энергия падающего излучения накапливается в нем в течение этого времени. Благодаря этому МБМ приемники обладают низким уровнем шумов и высокой чувствительностью.

Функционально схема прибора ориентации по Земле, построенная на основе микроболометрической матрицы, включает в себя объектив, проецирующий изображение участка небесной сферы, на котором предполагается нахождение Земли, на чувствительную поверхность МБМ; блок управления, генерирующий сигналы считывания информации с пикселей; аналого-цифровой преобразователь и блок обработки информации.

Существенным недостатком такого прибора является необходимость довольно частой калибровки его чувствительности в полете. Это связано с тем, что сам КА имеет изменяющуюся во времени температуру.

В систему ориентации может входить неавтономная навигационная радиосистема определения параметров орбиты, которая может дополнительно использоваться в качестве радиопеленгатора для определения углового положения КА по каналам крена, тангажа на основе относительного изменения фазы радиосигнала в плоскостях крена, тангажа при угловых отклонениях от радиуса вектора КА соответственно, из плоскости в плоскости орбиты, и по каналу рыскания по относительному изменению фазы поляризации радиосигнала в плоскости, перпендикулярной радиусу вектору при угловом отклонении КА вокруг местной вертикали [9].

Существующие в настоящее время глобальные космические навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) работают в сантиметровом диапазоне длин волн [10, 11]. Сантиметровый диапазон не позволяет определить положение КА в пространстве с высокой точностью. Однако в связи с интенсивным освоением миллиметрового диапазона длин волн он, несомненно, в перспективе найдет достаточное место при выполнении отдельных задач ориентации КА в системах GPS и ГЛОНАСС.

Особенность при использовании миллиметрового диапазона волн состоит в том, что при их распространении возникает ослабление в атмосферных газах и гидрометеорах, а также деполяризация излучения и амплитудные и фазовые осцилляции. Интерес представляют «окна прозрачности» на частотах 35, 94, 140 и 220 ГГц (длина волны около 8; 3,2; 2,3; 1,64 мм), где наблюдается минимальное затухание по сравнению с соседними участками миллиметровых радиоволн. На средних широтах в «окнах прозрачности» полное ослабление невелико. Так, например, при

однократном вертикальном распространении через атмосферу ослабление на частоте 94 ГГц составляет 1,3 дБ [12].

Среднее значение коэффициента ослабления в атмосфере у поверхности Земли при умеренной влажности и температуре 20 °С для «окон прозрачности» имеет следующие значения табл. 1.1 [13].

Таблица 1.1.

X, мм 8 3,2 2,3 1,64 0,98 0,86

дБ/км 0,06 0,4 0,7 2 7 13

Сегодня общепризнано, что миллиметровый диапазон длин радиоволн - это огромный по занимаемой полосе частот диапазон, намного превышающий все то, что находилось в руках человечества. К числу преимуществ применения миллиметрового диапазона для целей ориентации космических аппаратов следует отнести, прежде всего, повышение точности определения местоположения КА, увеличение объема и скорости передачи информации, способность распространения в неблагоприятных атмосферных условиях, помехоустойчивость, скрытность.

Той областью применения, которая стимулировала и обеспечила проведение широких научных исследований, а затем предоставила неограниченные возможности для практического использования миллиметрового диапазона длин волн, явилась военная техника. Страна, которая осуществляет непрерывное совершенствование своих космических средств и на каком-то этапе опережает другие страны, несомненно, добивается лучших результатов в освоении космического пространства.

1.2. Звездные приборы ориентации

Звездные приборы универсального типа разделяются на приборы с подвижным угловым полем (с подвижной визирной линией) и с неподвижным угловым полем (статические). Приборы с подвижным

угловым полем достаточно узкопольные. Так как положение углового поля может меняться относительно базы прибора и осей КА, для их работы достаточно сравнительно небольшого количества звезд. Благодаря малому угловому полю эти приборы обладают высокой помехозащищенностью по отношению к световым помехам всех видов. Однако конструкция этих приборов достаточно сложна, т.к. в состав их входят прецизионные поворотные устройства, приводы, устройства преобразования углов поворота в код. Поэтому в таких приборах сложно достичь высокую точность, надежность и большой срок службы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алымов, Олег Витальевич, 2013 год

Список литературы

1. Раушенбах Б.В., Токарь E.H. Управление ориентацией космических аппаратов [Текст]. М.: Наука, 1974, 600 с.

2. Aubrun I.N., Margulies G. Analytical aspects of single gimbal OMG systems [Текст] // AAIA Guidance and control conference, august 16-18, 1976. - San Diego. - 1976. - p.p. 225-227.

3. Саброф A.E. Перспективные системы стабилизации и управления космических аппаратов [Текст]. Вопросы ракетной техники, 1969, №1, с. 56-74.

4. Попов В.П. Системы ориентации и стабилизации космических аппаратов [Текст]. М.: Машиностроение, 1986. - 184 е., ил.

5. Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическими летальными аппаратами [Текст]. М.: Машиностроение, 1974, 344 с.

6. Кузьмин B.C., Федосеев В.И. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации КА: опыт разработки, проблемы и тенденции. [Текст]. Оптический журнал. 1996. №7. с. 4-9.

7. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов [Текст]: учебное пособие. - М.: Логос, 2007. - 248 с.:ил.

8. Глебович Л.А., Певунчиков И.В. Перспективные схемы построения инфракрасных приборов ориентации по Земле [Текст]. Оптический журнал. 1998. №8. с. 76-79.

9. Мельников В.Н. Управление ориентацией космических аппаратов (обзор) [Текст]. М., 2011.

10. Johns J.S. Enhanced capability of G-PS and its augmentation systems meets of the 2IST century [Текст]. ICAO journal [ICAO bull], 1997, vol. 52, no. 9, pp. 7-10.

11. Zarrada, Nestor Mai, Wolfgang and Jungst and Arne. Das russische satelitengestite Navigationsistems GLONASS, ein Uberblik [Текст]. Z. Veremessig S.W., 1997, vol. 122, no. 9, pp. 425-432.

12. Быстров Р.П. Радиолокационные системы обнаружения в короткой части миллиметрового диапазона радиоволн [Текст]. В 2-х томах. Т.1 — М.: Изд-во «Технология», 2002.

13.Борзов А.Б., Быстров Р.П., Дмитриев В.Г. и др. Радиолокационные системы: научно-технические достижения и проблемы развития техники миллиметрового диапазона радиоволн [Текст]. - Зарубежная радиоэлектроника, 2001, №5, с. 3-49.

14. Kouzmin V.S., Fedoseev V.l., Panasenko A.F. Light jammings and the suppression in the star trackers of space vehicle (3086-06) [Текст]. Proc. SPIE. Acquisition, Tracking and Pointing XI. 1997. Vol. 3086. pp. 25-29.

15. Колосов М.П. Борьба с боковыми помехами в оптико-электронных приборах [Текст]. Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений: Сб. ст. Под ред. В.В. Тарасова и Ю.Г. Якушенкова. Российское агентство по системам управления. ОАО «Российская электроника», ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Циклон», 2000. Вып. 1, с. 116-121.

16. Оружие и технологии России: Энциклопедия. XXI век. Под ред. С.Б. Иванова. T. XI. Оптоэлектронные системы и лазерная техника. [Текст]. М.: Издат. дом «Оружие и технологии», 2005. 790 с.

17. Аванесов Г.А., Воронков C.B., Куделин М.И., Форш A.A. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов [Текст]. Известия вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46. №4. с. 66-69.

18. Пирогов М.Г., Федосеев В.И. Новое поколение оптико-электронных приборов ориентации КА [Текст]. Международная конференция «Малые спутники. Новые технологии. Миниатюризация». 2004, кл. 1, с. 112-127.

19. Berrighi G., Landi A., Monnini E., Porcopio D. Space attitude sensors: new technologies using APS [Текст]. OPTRO 2002 Symposium. Paris, 2002.

20. Осипик B.A., Федосеев В.И. Алгоритм автоматического распознавания групп звезд на борту космического аппарата [Текст]. Оптический журнал. 1998. №8. с. 32-40.

21.Пец A.A. Некоторые результаты исследования световых помех, влияющих на работу звездных приборов космических аппаратов [Текст]. Вопросы оборонной техники. Сер. X. 1973. Вып. 65. с. 12-17.

22. А. Копик. Долгожданный «Ресурс-ДК1» [Текст]. №8 (283). Том 16, Новости космонавтики, 2006, с. 1-5.

23. Под ред. д.т.н. Ю.И. Носенко. Космический комплекс «Ресурс-ДК1» [Текст]. Дистанционное зондирование Земли. Справочные материалы, выпуск 3. М.: Изд-во «Маджерик», 2006.

24. Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Стратилатов Н.Р., Бакланов А.И., Федоров В.М. Многофункциональный КА ДЗЗ высокого разрешения «Ресурс П» [Текст]. Материалы VII НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». Москва. 2010. с. 25-34.

25. Бакланов А.И., Клюшников М.В., Савицкий A.M. Стратилатов Н.Р., Хайлов М.Н. Комплекс оптико-электронной аппаратуры сверхвысокого разрешения для перспективных российских спутников ДЗЗ [Текст]. Материалы VII НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». Москва. 2010. с. 35-47.

26. Модель солнечного излучения [Текст]. Сост. М.М. Гуревич. JL: ГОИ им. С.И. Вавилова, 1979. 28 с.

27. Земляков В.А., Чибисов В.А. Широкопольные приборы ориентации по Солнцу [Текст]. Оптический журнал. 1996. №7. с. 57-58.

28. Черемухин Г.С. Приборы ориентации на Солнце для космических аппаратов [Текст]. М.: Воентехиздат, 2004, 384 с.

29. Черемухин Г.С., Чибисов В.А., Земляков В.А. Космические прецизионные приборы ориентации по Солнцу [Текст]. Оптический журнал. 1998. №8. с. 80-82.

30. Аванесов Г.А., Никитин A.B., Форш A.A. Оптический солнечный датчик [Текст]. Известия вузов. Приборостроение. 2003. №4. с. 70-73.

31. Kouzmin V.S., Fedoseev V.l., Zalekin V.l. New generation of star sensors. [Текст]. Proc. SPIE. Acquisition, Tracking and Pointing X. 1996.Vol. 2739.

32. Арутюнов В.А. Линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда для оптических измерений. [Текст]. Оптический журнал, 1997, т.64, №11, с. 60-61.

33. Бакланов А.И. Главный конструктор СППК и его дело. (Памяти Владимира Ивановича Карасева 24.02.1946 - 12.02.2010) [Текст]. Материалы VII НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». М., 2010, с. 9-25.

34. Вишневский Г.И., Косов В.Г., Четвергов A.M. Российские ПЗС фотоприемники от производителя: состояние и перспективы. [Текст]. Материалы VII НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». М., 2010, с. 48.

35. Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Карпачева Т.А. Приборы с переносом заряда для спектроскопии [Текст]. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, серия Б, том V-2, М., 2007, с. 318-414.

36. Boyle W., Smith G.E. Charge semiconductor devices [Текст]. // Bell system Techn. J. - 1970. - vol. 49.111. - p.587-593.

37. Патент 3853238 (США) Boyle W., Smith G.E.

38. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Физика приборов с зарядовой связью [Текст]. М.: Наука, 1986.-320 с.

39. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения [Текст]. Под ред. П. Йесперса, Ф. Ван де Вие, М. Уайта; Пер. с англ. - Под ред. P.A. Суриса. - М.: Мир, 1979. - 573 с.

40. Weckler G.P. Operation of p-n Junction Photodetectors in a Photon flux Integration Mode [Текст]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2, 65-73, 1967.

41. Brown R.W., Chamberlain S.G. Quantum Efficiency of a Silicon Gate Charge-Coupled Optical Imaging Array [Текст]. Phys. Stat. Sol. 20, 675685, 1973.

42. Секен К., Томпсет M. Приборы с переносом заряда [Текст]. Пер. с англ. под ред. В.В. Поспелова, Р.А. Суриса. - М.: Мир, 1978.- 327 с.

43. Анельм А.И. Введение в теорию полупроводников [Текст]. М.: Наука, 1978.

44. Ф. Виж де Вилле. Просветляющие пленки и многослойные структуры [Текст]. В кн. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. Пер. с англ. Под ред. Р.А. Суриса. М.: Мир, 1979, с. 28.

45. Tompsett M.F. et all. Charge Coupled Imaging Devices, Experimental Results [Текст]. IEEE Trans, on Electron Devices, ED-18, 922-996, 1971.

46. Tompsett M.F., Amelio G.F. and Smith G.E. Charge-coupled 8-bit shift register [Текст]. Applied Physics Letters, 1970, vol. 17, N8.

47. Amelio G.F., Tompsett M.F., Smith G.E. Experimental Verification of the Charge Coupled Device Concept [Текст]. BSTJ., 49, 593-600, (1970).

48. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью [Текст]. М.: Радио и связь, 1991. - 264 с.

49. Walden R.N. et all. The Buried Channel Charge Coupled Device [Текст]. Bell Sys. Tech. J., 51, 1635-1640. (1970).

50. Шилин B.A. Анализ и расчет элементов записи, считывания и восстановления информации для приборов с зарядовой связью [Текст]. Микроэлектроника АН СССР. - 1974. - Т.З, №3. - с. 189-199.

51. Приборы с зарядовой связью [Текст]. Под ред. М. Хоувза, Д. Моргана; Пер. с англ. под ред Ф.П. Пресса. - М.: Энергоиздат, 1981. - 372 с.

52. Вето А.В., Пресс Ф.П., Рубинштейн Д.И., Хотянов Б.М., Шилин В.А. Анализ и оптимизация выходных схем ПЗС [Текст].

Микроэлектроника и полупроводниковые приборы: Сб. статей под ред. A.A. Васенкова и A.A. Федотова. - М.: Сов. радио. 1978.- Вып. 3. -с. 75-97.

53. Бугрименко Г.А., Карамзинский А.Н., Пресс Ф.П., Вето A.B. Анализ и сравнение устройств вывода для схем на приборах с зарядовой связью [Текст]. Электронная техника. Сер. Полупроводниковые приборы. -1974.-№9.-с. 33-49.

54. Алымов О.В. Фоточувствительная секция линейного ФППЗ для систем ориентации по Солнцу [Текст]. Известия вузов России. Радиоэлектроника, 2011, вып. 6, с. 84-88.

55. Алымов О.В. Линейный фотоэлектрический прибор с переносом заряда для систем космического базирования [Текст]. Известия вузов России. Радиоэлектроника, 2012, вып. 5, с. 71-76.

56. Алымов О.В., Чулков В.Л., Левко Г.В., Чукавина Ю.Г. Фотоприемные устройства телевизионных и оптоэлектронных систем для экологического мониторинга [Текст]. Известия Южного федерального университета. Технологические науки IV, 2011, 9(122), с. 161-168.

57. Алымов О.В., Костюнина О.М., Сень И.Ю., Молев Ф.В., Стерлядкин O.K. Радиационностойкий мптричный ФППЗ для прикладных телевизионных систем [Текст]. Научно-технический сборник «Техника средств связи», серия «Техника телевидения». Москва, 2011, с. 73-78.

58. Алымов О.В., Степанов P.M. Телевизионная фотоэлектроника для космоса [Текст]. Материалы конференции «Планетоходы, космическая робототехника и наземные роверы». Санкт-Петербург, 2010, с. 54.

59. Алымов О.В., Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Илисовская Е.Ю., Левко Г.В., Прокофьев А.Е., Карпачева Т.А. Энергетические и пространственные характеристики болыпеформатных ЛФППЗ для систем ДЗЗ [Текст]. Материалы VIII НТК «Систем наблюдения и дистанционного зондирования Земли». Москва, 2011, с. 287.

60. Алымов О.В., Степанов P.M. Пути развития фотоэлектронных приборов в ОАО ЦНИИ «Электрон» [Текст]. Тезисы докладов 21-ой Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Москва, 2010, с. 8-9.

61. Алымов О.В., Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Илисовская Е.Ю., Карпачева Т.А., Прокофьев А.Е. Линейный ФППЗ для космического базирования [Текст]. Материалы 7-ой НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». Москва, 2010, с. 265-266.

62. Алымов О.В., Костюнина О.М., Сень И.Ю., Стерлядкин O.K. Радиационный матричный ФППЗ для прикладных телевизионных систем. [Текст]. Материалы 7-ой НТК «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли». Москва, 2010, с. 272-274.

63. Воронов В.А. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью -современная элементная база фотонных систем. [Текст]. Электронная промышленность. 2003, 112, с. 155-168.

64. Зворыкин В.К., Мортон Д.А. Телевидение. [Текст]. М., Изд-во «Иностранная литература», 1956.

65. Краснов В.Н., Сахно С.П., Тымчик Г.С. Формирователь центра тяжести видеоимпульсов [Текст]. ПТЭ. 1987, №6, с. 111-113.

66. Смирнов В.И. Курс высшей математики [Текст]. Т.1, ГИТТЛ, М., 1957.

67. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля [Текст]. М.: Наука, Т. 2, 1988, 512 с.

68. Кордонский Х.Б. Приложение теории вероятности в инженерном деле [Текст]. М-Л, ГИФМЛ, 1963.

69. Черемухин Г.С., Ракчеев Д.П. Погрешность определения координаты энергетического центра светового штриха из-за неидентичности чувствительности элементов линейки ПЗС [Текст]. Известия вузов. Приборостроение. 1991, Т. 34, №9, с. 80-83.

70. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. [Текст]. М.: Физматгиз, 1963.

71. Иванов В.Г., Степанова Е.Т., Сысоева E.H. Экспериментальное исследование изменений спектральной чувствительности кремниевого фотодиода ФД-24К под действием светового потока [Текст]. Техника средств связи. Серия «Техника телевидения», 1983, вып. 3, с.79-89.

72. Локоть C.B., Пузырь Ю.М., Киснер А.Ю., Лобанов В.А., Голубев И.Е. Разработка оптико-электронного прибора ориентации на Солнце статического типа 201М2 [Текст]. Ростов-на-Дону, 2009.

73. Кузнецов Ю.А., Шилин В.А. Микросхемотехника БИС на приборах с зарядовой связью [Текст]. М.: Радио и связь, 1988. - 160 с.:ил.

74. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах [Текст]. М.: Энергоатомиздат, 1989.-256 с.

75. Аванесов Г.А., Акимов В.В., Воронков C.B. Результаты испытаний ПЗС - матриц российского и зарубежного производства на источниках заряженных частиц [Текст]. Всероссийская НТК «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов», г. Таруса, 22-25 сентября 2008 г., с. 447-457.

76. Корж В.И., Кусков В.Е., Стенин В.Я. Детекторы рентгеновского излучения на приборах с зарядовой связью [Текст]. ПТЭ, №3, 1982, с. 6-20.

77. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационная стойкость интегральных микросхем [Текст]. М.: Микроэлектроника, 1986, т. 9, вып. 3,с. 195-201.

78. Коршунов Ф.П., Гатальский Г.В., Иванов Г.М. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах [Текст]. Минск: Наука и техника, 1978.-232 с.

79. Коршунов Ф.П., Богатырев Ю.В., Вавилов В.А. Воздействие радиации на интегральные микросхемы [Текст]. Минск: Наука и техника, 1986. -254 с.

80. Вавилов B.C. Действие излучений на полупроводники. [Текст]. М.: Физматгиз, 1963. - 264 с.

81. Попов В.Д. Радиационная физика приборов со структурой металл-диэлектрик-полупроводник [Текст]. М.: изд. МИФИ, 1984. - 80 с.

82. Алымов О.В., Карпов Е.К., Левко Г.В., Стерлядкин O.K., Минкин В.А. Специализированная телевизионная система на крупноформатном ФППЗ с числом элементов 4096x4096 [Текст]. Материалы МНТК «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб, 2011, с. 4043.

83. Алымов О.В., Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Прокофьев А.Е., Карпачева Т.А. ЛФППЗ с числом элементов 12000 и фотодиодами 6,5x6,5 мкм для сканирующих систем [Текст]. Материалы 9-ой НТК «Твердотельная электроника и сложные функциональные блоки РЭА», Зеленоград, 2010, с. 126.

84. Алымов О.В., Богатыренко Н.Г., Большакова И.В., Грибов A.C., Лапук В.В., Честнаков С.А. Высокочувствительные ЛФПЗС для спектральных измерений [Текст]. Тезисы докладов 11-ой Всесоюзной НТК по фотоэлектронным приборам. Ленинград, 1990, с. 76-77.

85. Алымов О.В., Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Левко Г.В., Илисавская Е.Ю. Прокофьев А.Е., Карпачева Т.А. Линейные ФППЗ для специальных телевизионных систем [Текст]. Материалы 8-ой МНТК «Телевидение: Передача и обработка изображений», СПб, 2011, с. 36-40.

86. Алымов О.В., Минкин В.А., Левко Г.В., Стерлядкин O.K., Карпов Е.К. Перспективы создания сверхформатных ФПУ для систем ДЗЗ на основе ФПЗС с числом элементов 4Кх4К и освещенности со стороны

подложки [Текст]. МатериальГ"'8-ой НТК «Системы наблюдения и дистанционного зондирования Земли», Москва, 2011, с. 284.

87. Алымов О.В., Плахов С.А., Левко Г.В., Лапушкина Л.В., Коновалов П.И., Выгон В.Г., Мирзоянц A.C. Высокочувствительные широкоформатные датчики космических телевизионных систем [Текст]. Материалы 8-ой НТК «Системы наблюдения и дистанционного зондирования Земли», Москва, 2011, с. 285-286.

88. Алымов О.В., Алексеев А.Н., Айнбунд М.Р., Жмерин С.И., Мизеров A.M., Иванов C.B., Пащук A.B., Петров С.И., Петров A.C. Разработка и технология получения фотокатодов на основе AlGaN [Текст]. 8-ая Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия -структура и приборы», СПб, 2011, с. 29.

89. Алымов О.В., Грибов A.C., Сорокин О.В. Фоточувствительный прибор [Текст]. Авторское свидетельство СССР №1632301, опубл.01.11.1990, бюлл. №31.

90. Алымов О.В., Арутюнов В.А., Богатыренко Н.Г., Прокофьев А.Е. Двухфазный прибор с зарядовой связью [Текст]. Патент на полезную модель №110545, опубл. 20.11.2011, бюлл. №32.

91. Алымов О.В., Арутюнов В.А. ЛФППЗ для телевизионных систем автоматики [Текст]. Сборник докладов 10-ой МНТК «Современное телевидение и радиоэлектроника», Москва, 2012, с. 110-112.